NUOVE FRONTIERE IN CATALISI OMOGENEA

L'insegnamento Nuove Frontiere in Catalisi Omogenea, nonostante risulti tra i corsi affini/integrativi, negli anni precedenti ha riscosso un sempre crescente interesse da parte degli studenti poiché risulta focalizzato su aspetti innovativi legati alla catalisi omogenea che è uno dei cardini della sintesi chimica e delle nuove tecnologie di produzione. Il corso in oggetto risulta infatti perfettamente inquadrato all'interno del corso di studi in Chimica e Tecnologie sostenibili considerando che le tematiche affrontate riguardano tutti i nuovi approcci alla catalisi omogenea che nascono nella ricerca accademica e che stanno diventando realtà nella produzione industriale prima su piccola e poi su media scala. Tali tematiche sono tutte volte ad una maggiore sostenibilità energetica, al miglioramento dell’impatto sulla salute umana, sull’ambiente e su tutti gli aspetti legati alla sicurezza che sono i cardini del corso di studi Chimica e Tecnologie Sostenibili.

I risultati di apprendimento attesi possono essere suddivisi nei seguenti aspetti specifici:
1. Conoscenza e comprensione
i) conoscere i diversi approcci alla catalisi omogenea innovativa che fanno parte degli argomenti del corso, ii) dimostrare di averne appreso i limiti intrinseci di applicazione, i vantaggi e gli svantaggi di ciascuno

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione
i) saper mettere in relazione tra loro gli argomenti del corso cogliendo tra questi punti di contatto, somiglianze e specificità, ii) conoscere ed aver appreso le somiglianze tra i metodi catalitici innovativi in catalisi omogenea ed il funzionamento base degli enzimi.

3. Capacità di giudizio
i) saper scegliere tra i diversi metodi catalitici innovativi quello che meglio si adatta ad un caso ipotetico di reazione catalitica da sviluppare sulla base di elementi quali le condizioni sperimentali, il tipo di solvente, la selettività, l’attività catalitica, ii) saper proporre dei metodi di riciclo efficaci del sistema catalitico puntando alla sostenibilità del processo.

4. Abilità communicative
Saper comunicare costruttivamente con il docente contestualmente sia in forma orale che riportando un ragionamento in forma scritta su un foglio, utilizzando la terminologia e la nomenclatura corrette, in modo il più possibile sintetico ma esaustivo, con sufficiente sicurezza espositiva.

5. Capacità di apprendimento
Saper integrare il materiale didattico fornito dal docente con appunti propri chiari, in ordine, che vengano messi in relazione con il resto del materiale didattico. Saper cogliere i passaggi chiave del ragionamento sotto forma di appunti personali durante la lezione per poter mettere in relazione tra loro i diversi temi del corso e cogliere gli aspetti base ricorrenti nel corso.

Considerata la trasversalità del corso in oggetto, tra i prerequisiti vi sono aver raggiunto gli obiettivi formativi dei corsi di studio triennali in Chimica, in particolare dei corsi di Chimica Organica 1 e 2 in quanto è richiesto che lo studente abbia dimestichezza con la reattività dei gruppi funzionali e con i concetti di simmetria e selettività, di Chimica Generale in quanto sono richieste conoscenze legate alla struttura e reattività degli acidi di Lewis e dei complessi organometallici e la base di alcuni cicli catalitici.

Introduzione al corso, modalità di esame e materiale didattico. Importanza della catalisi nella sintesi chimica, esempi di Nobel legati alla catalisi omogenea, ricapitolazione del funzionamento base degli enzimi. Concetto di selettività, da chemoselettività ad enantioselettività e relazione con il profilo energetico delle reazioni chimiche.
Mechanochemistry
Descrizione della mechanochemistry, reazioni in assenza di solvente, aspetti chimici e fisici dell’uso dell’energia meccanica in sintesi chimica, funzionamento del mulino a palle, esempi nella sintesi di leghe metalliche, esempi nella formulazione di co-cristalli. Sistema Vortex in flusso, applicazione nella sintesi organica e nella preparazione di materiali inorganici.
Sonochemistry
Uso di ultrasuoni in sintesi chimica, aspetti fisici della propagazione delle onde acustiche nei solidi e liquidi, cavitazione, applicazione in reazione multifasiche solido-liquido. Esempi di applicazione in reazioni di cross-coupling, reazioni di sintesi organica, esempi di chemo e regioselettività di prodotto.
Reazioni in Microonde
Aspetti fisici delle microonde ed interazione con la materia, scelta del solvente nelle reazioni in microonde, relazione tra T di reazione e proprietà del solvente, esempi in sintesi organica con focus sulla selettività e l’efficienza delle reazioni, esempi di reazioni multicomponente, esempi in reazioni catalizzate da metalli o organocatalizzatori, esempi in sintesi totali.
Catalisi multifasica per il riciclo del catalizzatore
Sistemi liquido-liquido con cenni storici su trimerizzazione etilene e idroformilazione Rhone Poulenc, uso di liquidi ionici, liquidi fluorurati, CO2 supercritica, interazione tra CO2 e solventi, solventi reversibili, catalizzatori su polimeri reversibili, catalizzatori reversibili mediante stimolo chimico e fisico (luce)
Eterogenizzazione catalizzatori omogenei
Confronto catalisi omogenea ed eterogenea, modifica covalente del legante, lunghezza spaziatore del legante, modifica ionica ed eterogenizzazione mediante interazioni deboli, coppia ionica e legame ad idrogeno, approccio di eterogenizzazione “nave in bottiglia”. Scelta dei supporti eterogenei, effetti del supporto sull’enantio e diastereoselezione con numerosi esempi, catalizzatori magnetici riciclabili.
Catalizzatori omogenei di Fe
Cenni storici del Fe in catalisi omogenea, relazione tra tipo di reazione, stato di ossidazione del Fe e natura del legante (hard/soft), esempi di reazioni selettive di idrogenazione, ossidazione, formazione legami C-C, C-eteroatomo, polimerizzazioni.
Organocatalisi
Organocatalisi covalente, catalisi da prolina, ciclo imminio-enammina, relazione tra stereochimica del catalizzatore e del prodotto di reazione, ossidazioni con chetoni chirali via diossirano, attivazione di acidi di Lewis RSiCl3 con basi di Lewis chirali, interazioni legame ad idrogeno o coppia ionica tra organo catalizzatore e substrato, catalisi a trasferimento di fase chirale, catalisi da cavità chirali quali ciclodestrine, cenni di catalisi con polimeri templati da analoghi di stati di transizione.
Catalisi micellare
Effetto idrofobico (entropico) alla base della formazione delle micelle, similitudine con enzimi, descrizione dei tensioattivi, catalisi micellare in reazioni di condensazione, catalisi micellare combinata a catalisi metallica, effetto di concentrazione e anisotropia della micella, esempi in reazione di formazione di legami C-C, selettività di substrato mediata da micelle.
Catalisi supramolecolare
Applicazione di sistemi supramolecolari in reazioni di equilibrio, applicazione in reazioni irreversibili e limiti nel turnover, applicazione in reazioni in cui portano ad accelerazione e anche a turnover. Esempi di selettività di substrato con capsule supramolecolari.

Asymmetric Organocatalysis - From Biomimetic Concepts to Applications in Asymmetric Synthesis
A. Berkessel and H. Groger
John Wiley & Sons, 2005

Iron Catalysis in Organic Chemistry: Reactions and Applications
Bernd Plietker
John Wiley & Sons, 2008

Supramolecular Catalysis
Piet W.N.M. van Leeuwen
John Wiley & Sons, 2008
Slides delle presentazioni caricate dal docente sulla piattaforma moodle

Esame orale durante il quale verrà richiesto comunque di riportare in forma scritta reazioni, metodi catalitici, esempio di trasformazioni chimiche e cicli catalitici. Durante l’esame verranno poste delle domande sia di carattere descrittivo alle quali lo studente dovrà rispondere dimostrando di conoscere le tematiche del corso, ed altre la cui funzione è accertare che lo studente ne abbia profondamente compreso la logica, i campi di applicazione, i limiti e le complementarietà (vedasi risultati di apprendimento attesi).

Il corso è organizzato il lezioni frontali della durata di due ore ciascuna durante le quali vengono illustrati gli argomenti del corso. Al fine di stimolare l’attenzione degli studenti il docente periodicamente organizza prima del termine della lezione dei brevi (5-10 min) test che gli studenti seguiranno direttamente in forma anonima su dispositivi elettronici di loro possesso (smartphone, tablet, ecc.) sfruttando le potenzialità della piattaforma Socrative (https://www.socrative.com/ ). In questo modo il docente potrà visionare a fine lezione il risultati di apprendimento in corso di insegnamento per poter la lezione successiva riprendere alcuni concetti che posano essere risultati meno facilmente assorbiti dagli studenti.
Sella piattaforma “moodle” di Ateneo sono presenti i file pdf relativi alle slides delle presentazioni proiettate durante le lezioni. Inoltre, dalla piattaforma Socrative, gli studenti potranno comunque tenere traccia dei loro test (non rilevanti ai fini dell’esame finale in quanto anonimi) e verranno stimolati ad interagire con il docente al fine di assicurare una loro massima comprensione del corso.

Italiano

Il docente si rende disponibile ad incontrare gli studenti che lo richiedano per approfondimenti sugli argomenti del corso mediante semplice contatto mail : alesca@unive.it
Accessibilità, Disabilità e Inclusione
Accomodamenti e Servizi di Supporto per studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento:
Ca’ Foscari applica la Legge Italiana (Legge 17/1999; Legge 170/2010) per i servizi di supporto e di accomodamento disponibili agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento. In caso di disabilità motoria, visiva, dell’udito o altre disabilità (Legge 17/1999) o un disturbo specifico dell’apprendimento (Legge 170/2010) e si necessita di supporto (assistenza in aula, ausili tecnologici per lo svolgimento di esami o esami individualizzati, materiale in formato accessibile, recupero appunti, tutorato specialistico a supporto dello studio, interpreti o altro), si contatti l’ufficio Disabilità e DSA disabilita@unive.it

orale